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T0为温，℃。

11.2连铸坯的凝固过程

三个阶段：

钢水在结晶器内形成初生坯壳；

带液芯的坯壳在二冷区稳定生长；

临近凝固末期的凝固。

11.3连铸坯的组织结构

边部细小的等轴晶激冷层；

中间树状晶区；

中心等轴晶区。

第十二章连铸工艺

12.1连铸对钢水的要求

总要求：

四定：

定量（炉产量）、定时（定时供给钢水，即周期恒定），定温度，定化学成分。

12.1连铸对钢水成分的要求

12.1.1成分的稳定性：

不仅要求同一炉（同一钢包内）钢水化学成分均匀稳定（吹氩搅拌），而且要求连浇上下炉钢水的化学成分要相对均匀，即C含量差≤0.02%、Mn含量差≤0.15%，因上下炉连浇，分坯不能严格做到一炉对一炉，在这样的成分范围内，钢材性能的均匀性才能得到保证。

12.1.2钢水良好的可浇注性：

要求水口不堵塞、不结瘤。

钢水纯洁度高、夹杂物少，气体含量低，其流动性好；

在工艺规程范围内，适当提高浇注温度，其可浇性好。

钢水中Al，极易氧化成Al2O3，其熔点高，容易形成水口结瘤、断浇。

对一般结构钢控制其钢中Als含量，一般控制在0.006%以下就能防止Al2O3在水口沉积结瘤堵塞，同时做好保护浇注工作，减轻钢水的二次氧化。

对于铝镇静钢，如冷镦钢，其钢中Als高，除做好保护浇注工作外，钢水的变性处理是必不可少的，就是向钢中喂Ca线，使钢水中Ca/Als达到一定的比值，钢中就不会形成高熔点的

Al2O3夹杂，只生成3CaO·

Al2O3低熔点的化合物，因此不会堵塞水口，解决了高Al含量钢水的可浇注性。

12.1.3抗裂纹敏感性

连铸坯在坯壳生长和凝固过程中，受钢水静压力、热应力、组织应力、外加机械应力等作用，在拉坯和矫直时，受拉应力和弯曲应力的作用。

在坯壳簿弱部位易引起应力集中，当超过其抗拉强度时，就会产生表面或内部裂纹。

控制钢中热裂纹倾向性强的元素含量，尽量避免裂纹敏感区域，防止铸坯裂纹。

碳：

0.09%~0.17%，裂纹敏感区，在结晶过程中存在包晶反应，即

δ铁（铁素体）+液相L=γ铁（奥氏体）

（体心立方结构）（面心立方结构）

此过程存在体积收缩，组织应力及热应力大，易发生裂纹。

一般要求C含量避免此区域，减轻裂纹敏感性；

对C含量处于此范围的钢水，降低拉速，调整好保护渣，使结晶器内的传热良好，以减轻裂纹倾向。

硅、锰：

二者均是作为脱氧剂和合金元素加入钢水中，对钢材的力学性能有所帮助，同时也能改善钢水的流动性。

硫：

热脆元素，硫偏析易使连铸坯横裂。

氮：

时效元素，而且影响钢板的冷加工性能，控制钢中氮的措施就是顶底复吹转炉后期改用氩气，炉外精炼用氩气搅拌，连铸过程采用保护浇注。

氧：

连铸的钢水应为镇静钢，氧易与钢中合金元素形成氧化物，堵塞水口，如果氧含量过高，连铸坯会产生皮下气泡，轧后会因气泡缺陷判废。

12.1.2连铸对钢水洁净度的要求

钢水洁净度指钢水中非金属夹杂物的数量、形态、分布。

钢水中非金属夹杂物分：

内生夹杂物、外来夹杂物。

内生夹杂物以脱氧产物为主，即氧化物，也硫化物，内生夹杂物尺寸一般较小，≤50μm。

脱氧产物经过吹氩处理，绝大部分上浮至顶渣层。

外来夹杂物，主要是钢包、中间包、塞棒、水口因钢水冲刷、侵蚀等产生的夹杂物，尺寸比较大。

夹杂物按其组成可分为：

硫化物（A类）、Al2O3（B类）、硅酸盐（C类）、球状氧化物（D类）。

提高钢水洁净度，减少钢中夹杂物的途径：

（1）脱氧良好，尽量降低钢水中氧含量；

（2）做好保护浇注工作，防止钢水的二次氧化形成夹杂物；

（3）选用合适的耐火材料，减少钢水与耐火材料的相互作用；

（4）减少钢包下渣量、稳定中间液面和结晶器液面，防止钢渣和保护渣卷入钢水中；

（5）加强钢包吹氩，改善钢水流动性，促进夹杂物的上浮。

12.2温度控制

12.2.1控制浇注温度的重要性

浇注温度是指中间包内的钢水温度，合适的浇注温度是保证连铸操作顺利进行的重要条件。

从凝固理论分析，浇注温度尽量接近液相线温度，以获得较宽的等轴晶区，减轻铸坯的中间偏析和内裂缺陷，改善铸坯质量。

钢种不同，钢水的粘度和凝固特性不同。

低碳钢的钢水粘度较大，流动性较差，在润滑不良的情况下，钢液与结晶器容易产生粘附现象，容易产生粘结和夹杂缺陷。

高碳、高硅钢液，即使在接近液相线温度范围内，仍保持良好的流动性。

合适的浇注温度，就是要保证钢包浇注完毕后，中间包内的钢水仍有良好的流动性、注流正常。

通常一炉钢在中间包要测量3次温度，即开浇5min、浇铸中期、浇铸结束前5min，其平均值为平均浇注温度。

测量点为离钢包注流最远的中包水口区域。

浇注温度过高，加剧钢包和中间包内衬的蚀损，钢中外来夹杂物增加，污染钢水，严重会造成漏钢，铸坯菱变、鼓肚，铸坯内裂纹和中心偏析倾向大。

浇注温度过低，在结晶器液面处形成冷钢皮，造成铸坯表面翻皮，同时易导致中间包低温结瘤，中断浇注。

12.2.2连铸生产对浇注温度的要求

（1）一定的过热度，过热度一般控制在20~30℃。

（2）浇注温度波动范围要小，浇注前、中、后期温差不能过大，保持温度稳定，通常控制在10~15℃。

12.2.3浇注温度的确定

12.2.3.1钢水液相线温度的计算

钢水的液相线温度是确定浇注温度的基础。

钢水液相线温度取决于钢水碳和合金元素的含量。

现给出一种计算钢水液相线温度的计算公式：

T液=1539—{88*[C%]+8*[Si%]+5[Mn%]+30*[P%]+20[S%]+5[Cu%]+4*[Ni%]+1.5[Cr%]+2[V%]}

当钢水各元素含量确定后，依据该公式可计算钢水液相线温度。

12.2.3.2过程温度损失

（1）出钢过程的温度损失

（2）钢水炉外精炼的温度损失（包括吹氩、喂线、真空处理等）

（3）钢水等待浇注（镇静）时间的温度损失。

（4）大包到中间包的温度损失。

12.2.3.3钢水过热度△T0的确定

与钢种、浇注方法（敞开浇注、保护浇注）、中间包容量、中间包形状、中间包内衬材质及烘烤状态、浇注时间、铸坯端面、浇注速度中间包保温等因素有关，一般情况下，过热度控制在20~30℃。

如果中间包采用等离子加热技术，其过热度可以控制得较低（10℃左右）。

12.2..3.4出钢温度

出钢温度等于钢水液相线温度+过热度+过程各种温度损失。

即：

T出=T液+△T0+∑△T损失

12.3拉速控制

拉速是连铸生产操作中的重要控制参数，正确控制拉速是保证顺利浇注、充分发挥连铸机生产能力、改善铸坯质量的关键因素之一。

影响拉速的因素主要有钢种、浇注断面、冶金长度、结晶器出口坯壳厚度、浇注温度、中间包容量及液面深度等。

最大拉速：

连铸机允许达到的最大拉速，铸坯到达最后一组拉矫辊达到完全凝固时所具有的拉速为连铸机的最大拉速，是衡量连铸机最大生产能力的依据。

工作拉速：

是连铸操作中能实现顺利浇注、保证铸坯质量相对稳定的平均拉速。

起步拉速：

开浇时的拉速叫起步拉速，起步拉速一般为工作拉速的80%左右。

起步时间因断面不同而不同，一般保持在15~60s。

12.4冷却控制

连铸坯凝固是一个传热过程，钢水中的热量通过冷却介质带走，坯壳边运行边放热凝固，形成了液相穴相当长的铸坯。

连铸机可分为3个传热冷却区：

一次冷却区：

钢水在水冷结晶器中形成足够厚度的坯壳，以保证铸坯出结晶器时不拉漏。

二次冷却区：

喷水加速铸坯内热量的传递，使铸坯完成凝固。

三次冷却区：

铸坯向空气辐射传热，使铸坯内外温度均匀化。

12.4.1一次冷却

要求初生坯壳均匀生长。

钢水传递给结晶器冷却水的热量：

Q=h（Ts—Tw）F

Ts为钢水温度，Tw为冷却水温度，F为结晶器有效传热面积。

结晶器内钢水的传热途径：

（1）钢水与坯壳的对流传热；

（2）凝固壳内的传导传热；

（3）凝固壳与结晶器铜壁的传热；

（4）结晶器铜壁内的传导传热；

（5）结晶器冷却水与结晶器铜壁的强对流传热。

结晶器冷却水压0.6~1.0Mpa，进水温度≤35℃，进出水温差6~10℃，出水温度＜45℃。

结晶器水缝要合适，过大，水速慢，冷却水沸腾，冷却效果差；

过小，要保证足够的冷却水量，势必压力过大，冷却水的利用效果不佳，结晶器冷却水流速一般控制在6~10m/s。

12.4.2二次冷却

结晶器内凝固的坯壳，在二次冷却区进行喷水冷却，继续完成凝固过程。

在冷却过程中，铸坯各个面要均匀冷却，并根据钢种和断面要求，合理分配喷水量。

二次冷却制度有强冷和弱冷两种工艺。

弱冷工艺，可以保证铸坯矫直温度在900℃以上，避免脆性温度区。

而且缓冷降低铸坯中心偏析程度，限制树状晶的生长，减少横裂纹和细裂纹缺陷的产生。

中、高碳钢均采用该工艺。

强冷工艺适用低碳且裂纹敏感性低的钢种。

影响二次冷却效果的两因素：

水滴速度、水滴直径。

水滴速度越大、水滴直径越小，冷却效果越好。

水滴速度、水滴直径均取决于水压、喷嘴直径及结构。

二冷水分配：

（1）铸坯长度方向的分配，Q∝L/

或Q∝L/

式中

Q为冷却水量；

t为凝固时间；

L为液相穴深度；

V为拉速

二次冷却水应该沿着铸机高度从上到下逐步减少。

通常就是将二次冷却区分为若干个冷却段，而将总的冷却水量按一定的比例配给各个冷却段。

（2）铸坯内外弧的水分配。

与立式连铸机不同，弧形连铸机内外弧的冷却条件有着很大的区别。

在刚出结晶器的某一定的范围内，因为冷却段接近垂直布置，因此，内外弧冷却水量分配应该相同。

随着远离结晶器，对于内弧来说，那部分没有汽化的水会往下流，并沿着一个支撑棍的表面挤向铸坯的两个角部；

而对外弧来说，由于重力的作用，喷射到外弧表面的冷却水都会即刻离开铸坯。

因此除了与结晶器紧连的的二次冷却段外，随着铸坯越来越趋于水平，各冷却段的内弧与外弧水量分配比应越来越增大其差别。

通常这种内外水量比为1：

1～1：

1.5。

（3）二次冷却水与拉速。

在冷却水的计算方面，拉速是十分重要的因素。

在二次冷却过程中，凝固的系数K值的大小主要取决于冷却强度，即在一定范围内增加冷却强度可加大K值。

而拉速的变化实际上是改变了凝固时间，也影响了坯壳厚度。

因此，冷却水流量必须随着拉速变化而变化，以保持一个合适的冷却强度。

（4）二次冷却水与钢种。

不同的钢种，其裂纹敏感性不一样，因此其冷却曲线不一致。

现在均采用计算机自动配水，生产时只要选择对应钢种的冷却曲线，计算机自动按该曲线配水。

12.5连铸保护渣

12.5.1结晶器用保护渣分类：

按外形分：

粉状渣、颗粒渣；

按制造工艺分：

预熔渣、非预熔渣；

按适用范围分：

低碳钢用保护渣（钢中C含量≤0.08%）、中碳钢用保护渣（钢中C含量0.09~0.20%）、高碳钢用保护渣、特殊钢用保护渣。

12.5.2保护渣的物理和化学特性

（1）成分：

主要为CaO和SiO2，含有少量的Al2O3，为降低保护渣熔点和加快熔化速度，还添加一定的KF或NaF等助熔剂，另外为提高保护渣的润滑性能，还须加入一定的碳粉。

（2）熔化温度。

多组分的化合物没有固定熔点，一般将具有一定流动性的温度定义为“熔化温度”。

（3）熔化速度。

是指保护渣在一定温度下其熔化的量。

保护渣中C含量增加，其熔化速度减小，提高温度其熔化速度加快。

（4）粘度。

指在一定温度下液态保护渣的粘滞程度。

一般在1300℃时测定，单位为Pa·

s（1泊=10-1Pa·

s）。

粘度过低，将使渣膜增厚，铸坯易裂纹；

粘度过高，流动性差，难于流入结晶器与坯壳的缝隙，影响润滑，且容易卷渣。

（5）表面张力。

与钢水的表面张力要大。

（6）碱度。

R=（CaO+MgO）/SiO2。

12.5.3结晶器保护渣的三层结构

从上至下，分别为粉渣层、半熔层（又叫过渡层）、液渣层。

液渣层覆盖在钢水表面，保护钢水不被氧化；

同时渗入结晶器与坯壳的缝隙，起到润滑和传热的作用。

松散的粉渣层起到绝热保温作用。

12.5.4结晶器保护渣的作用：

保护钢水不被二次氧化；

浇注过程中渗透到结晶器壁和初生坯壳之间起润滑作用，保证铸坯表面质量；

传热作用；

吸附钢中夹杂物，提高铸坯纯净度。

绝热保温，防止结晶器钢液面结壳。